纺织喷墨用白色浆的制备

2021-06-19东莞长联新材料科技股份有限公司陈镜宏李壮辉黄德伟

上海包装 2021年5期

■ 文/东莞长联新材料科技股份有限公司陈镜宏，李壮辉，黄德伟

0 前言

喷墨印刷技术是数字印刷技术的重要组成部分，得益于计算机技术的高速发展，喷墨印刷技术实现了对传统印刷技术的颠覆性改革，实现了小批量、个性化定制。喷墨印刷技术在二十一世纪以来被引入纺织印刷行业，并得到广泛了关注，成为纺织印刷新技术改革的焦点，而高质量的喷墨墨水成为了制约喷墨印刷技术发展的重要因素之一[1-2]。

近些年来，我国在彩色涂料喷墨墨水方面取得了一定成就，但在白色涂料喷墨墨水（简称白墨）上却举步维艰，国外几大知名企业对白墨的技术进行了垄断，导致我国的白墨发展缓慢。本文从白墨的重要组成——色浆入手，通过单因素法对白墨色浆的配方进行分析，研发出一款粒径小、粒径分布窄、黏度低、易过滤、遮盖力强、综合稳定性好的喷墨印刷用白色浆，逐步突破国外对我国白墨技术的垄断封锁[3-4]。

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器

1.1.1 实验材料

金红石型钛白粉6300、乙二醇、丙二醇、丙三醇、分散剂760W（含高颜料亲和基团的共聚物水溶液）、非离子型分散剂740W、阴离子型分散剂752、BYK-028消泡剂和去离子水。

1.1.2 实验仪器

HC-C 20002电子天平、RW-20搅拌机、NT-0.6L实验型砂磨机（棒销式）、立式DHG-9030型电热恒温鼓风干燥箱、CA-03工业冷水机、SHB-lll循环水式多用真空泵、Nano-2S90激光粒径分析仪和Brookfield DV2T旋转黏度计。

1.2 白色浆的制备

1.2.1 实验配方

用于爱普生系列喷头的喷墨打印墨水对色浆有以下要求：D100粒径小于0.5μm、黏度低、白度高、有足够的遮盖力、稳定性好。根据研究验证，得出适宜配方（以质量分数表示，下同）为：6300金红石型钛白粉50%，丙二醇20%，760W分散剂3%，028消泡剂0.1%，其余为去离子水。

1.2.2 制备工艺

称取去离子水、丙二醇、760W分散剂于2 000 mL实验杯中，搅拌均匀，按配方比例加入对应量6300金红石型钛白粉于搅拌机中，按1 500 r/min搅拌5 min后转移至装有1.7 kg、0.3 mm纯氧化锆珠的棒销式砂磨机中，在2 200 r/min、循环流量200 L/H下研磨60 min，使钛白粉充分分散，经孔径为0.5μm的膜真空抽滤得白色浆。

1.3 性能表征

1.3.1 粒径

取少量白色浆，用去离子水按照1：2 500的比例稀释后，置于激光粒径分析仪中，校正后在25℃下测得色浆平均粒径及分布曲线。

1.3.2 黏度

取部分白色浆，使用Brookfield DV2T旋转黏度计，选择ULA(0)套件，可测得色浆黏度。

1.3.3 过滤性能

选用直径47 mm，0.5μm孔径的过滤膜，采用真空抽滤的方法进行过滤，记录一片玻璃纤维过滤膜所能过滤的色浆量，以g/片计。

1.3.4 热稳定性

取100 g色浆样品，密封瓶装，于60℃电热恒温鼓风干燥箱储存1 d、7 d、30 d后，观察色浆分层及沉淀情况。

1.3.5 冷藏稳定性

取100 g色浆样品，密封瓶装，于5℃电冰箱中储存1 d、7 d、30 d后，观察色浆分层及沉淀情况。

1.3.6 常温储存稳定性

取100 g色浆样品，密封瓶装，于室内常温储存1 d、7 d、30 d后，观察色浆分层及沉淀情况。

1.4 结果分析与讨论

1.4.1 分散剂的筛选

分散剂是把各种粉体合理地分散在溶剂中，通过电荷排斥原理或高分子位阻效应，使各种固体稳定地悬浮在溶剂（或分散液）中的一类添加剂。分散剂通常是一类高分子物质，通常使用较多的有阴离子型和非离子型。阴离子型分散剂在水中电离形成阴离子，并具有一定的表面活性，被粉体表面吸附，粉状粒子表面吸附分散剂后形成双电层，阴离子被粒子表面紧密吸附，被称为表面离子。在介质中带相反电荷的离子称为反离子。它们通过静电被表面离子吸附，反离子中的一部分与粒子及表面离子结合得比较紧密，被称作束缚反离子。它们在介质中成为运动整体，带有负电荷；另一部分反离子则包围在周围，被称为自由反离子，形成扩散层。这样在表面离子和反离子之间形成双电层。

利用静电排斥，即吸附于粒子表面的负电荷互相排斥，以阻止粒子与粒子之间的吸附/聚集而最后形成大颗粒并分层/沉降，除此之外，还要利用空间位阻效应的理论，即在已吸附负电荷的粒子互相接近时，使它们互相滑动错开。这类起空间位阻作用的分散剂一般是非离子型分散剂[5]。

分散剂分子中包含对颜料的亲和基团和带电的长链段，在制备很多粉体材料（如颜料、填料、抛光粉、钛白粉、矿石粉、树脂粉体等）的水分散体系时，分散剂发挥了很关键的作用。

按照1.2.1实验配方制备白色浆，以分散剂760W为对照，研究同等用量下不同种类分散剂对色浆粒径、过滤性、黏度及储存稳定性的影响，结果见表1。

表1 不同种类分散剂对钛白色浆各性能的影响

实验结果表明，各分散剂在钛白色浆黏度、粒径、过滤性能上基本符合钛白色浆产品要求，但在储存稳定性上存在明显差异。从上表可以看出，单纯使用760W分散剂或者760W与752分散剂复配使用所制得的钛白色浆常温稳定性、热稳定性都比较好，在冷藏稳定性上，单纯使用760W作为分散剂较佳。因此，综合钛白色浆各项性能，本文选用760W作为制备钛白色浆分散剂。

1.4.2 助溶剂的筛选

按照1.2.1实验配方制备白色浆，以助溶剂丙二醇为对照，研究不同助溶剂对色浆粒径、过滤性、黏度及储存稳定性的影响，结果见表2。

表2 不同助溶剂制得色浆性的能参数

含有极性和非极性基团的有机化合物均可作为助溶剂，例如醇、醚、酯等类有机化合物。但从性能和价格上看，一般选取同系醇类化合物，如乙二醇、丙二醇、丙三醇等。对于醇类助溶剂，随着碳原子数的增加，助溶剂性能也随之增强。在乙二醇、丙二醇及丙三醇的对比实验中，乙二醇与丙二醇的储存稳定性明显好于丙三醇，主要是因为丙三醇极性较强，易使部分TiO2小粒子发生絮凝而沉降。在纺织行业中，乙二醇为限制使用化学品，应减少使用。因此，本文使用丙二醇作为助溶剂。

1.4.3 分散剂用量的确定

按照1.2.1实验配方制备白色浆，以3%（质量分数）含量的分散剂760W为对照，研究不同比例分散剂对色浆粒径、过滤性、黏度、遮盖力及储存稳定性的影响，结果如表3、图1所示。

色浆粒径是衡量喷墨打印墨水质量优劣的重要指标之一，钛白色浆粒径要控制在100 nm～200 nm，且要求粒径分布窄细。色浆粒径越大越容易导致沉淀，影响色浆稳定性，从而导致配制的墨水易沉淀，堵塞喷头.色浆粒径越小，墨水着色力越弱。色浆粒径分布影响墨水着色稳定性及强度，粒径分布越集中，墨水着色越稳定，着色强度越高。为了得到着色性能好、稳定性强的墨水，色浆粒径要在允许的范围内尽可能地大，粒径分布窄细[6]。色浆在布料基材上的遮盖力主要有两大主要因素影响：一是色浆本身的着色强度及着色稳定性；二是色浆对布料基材表面的润湿作用。色浆本身的着色强度越高、着色稳定性越好，色浆在布料基材表面的润湿能力越弱，色浆对布料基材遮盖效果越好。分散剂可以降低介质的表面张力和介质与颜料间的界面张力，以加强润湿效果。此外，分散剂在调节颜料粒子粒径及分布和保持体系稳定性方面起到重要作用，具体表现在金红石型TiO2粒子表面吸附有分散剂，可以取得静电或（和）立体的稳定作用，但分散剂加量不当也可能导致絮凝[7-8]。

表3 不同比例分散剂755W制备所得色浆各性能参数

图1 不同比例760W分散剂制得色浆粒径分布

黏度是抵抗流动的一种量度，喷墨印刷墨水要求具有良好的流动性。经实验研究表明，色浆黏度控制在5 cP以下，有利于喷墨印刷墨水的黏度调节。

综上所述，当分散剂760W用量在3%（质量分数）时，制得的钛白色浆具有粒径分布窄细、黏度低、遮盖力强、体系稳定性好等优良性能。

1.4.4 助溶剂用量的确定

按照1.2.1实验配方制备白色浆，以20%（质量分数，下同）含量的丙二醇助溶剂为对照，研究不同比例丙二醇对色浆粒径、过滤性、黏度及储存稳定性的影响，结果如表4所示。

表4 不同比例丙二醇制备所得色浆的各钟性能参数

金红石TiO2不溶于水，也不溶于油和有机溶剂等，但金红石TiO2粒子小，可分散于水溶液中。丙二醇能有效降低水与TiO2之间的界面能，使水较好地润湿TiO2，有利于分散及体系稳定，但丙二醇本身的黏度对体系的黏度影响是比较大的，所以要在色浆适当的黏度范围内尽可能地增加丙二醇助溶剂的比例。经实验表明，当丙二醇质量分数为20%时，所制得的钛白色浆黏度在5 cP左右，具有良好的过滤性能及储存稳定性。